Крамер-Агеев Безопасност жизнидеятелности 2011

Для оценки концентрации от такого рода выбросов разработана соответствующая методика*, позволяющая оценивать максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См [мг/м3] на расстояния Хм [м] от источника. При выбросе горячей газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем приземная концентрация определяется по следующей формуле, пригодной для расчета газообразных вредных веществ, выбрасываемых тепловыми электростанциями, при условии ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающих 50 м на 1 км:

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; m – коэффициент, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н – высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м), м; ∆Т – разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси Тс и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С; V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с, (V1 = 0,25πD2w0), где D – диаметр устья источника выброса, м; w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья выброса, м/с.

Значения коэффициента А для разных регионов РФ лежат в диапазоне 250 – 140 в зависимости от климатических условий турбулентного обмена. Для Москвы и Московской области этот коэффициент равен 140.

Значения коэффициентов m рассчитываются следующим образом. Сначала находится параметр f по соотношению:

w2 D

f = 1000 0 . (1.8.5)

H 2 T

Затем в зависимости от величины f определяется значение коэффициента m:

* Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных примесей, содержащихся в промышленных выбросах (ОНД-86).

103

если f < 100, то

1

m = 0,67 +0,12 f +0,343 f ;

при f ≥ 100

m = 1,47 .

3 f

Формула (8.4) позволяет определить максимально-разовую концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека. Максимальная концентрация вредных веществ наблюдается на линии, являющейся проекцией дымового факела (шлейфа) на земную поверхность на расстоянии хм от основания дымовой трубы. Расстояние хм, при котором концентрация будет максимальна, определяется соотношением: хм = dН, где ко-

Примеры и задачи

1. На одной из водопроводных станций г. Москвы при перекачке АХОВ из цистерны в емкость для хранения произошла авария с разливом АХОВ на землю без поддона. Агрегатное состояние АХОВ – сжиженный газ, хранящийся при давлении.

С учебной целью предполагается, что ветер дует от ХОО, на котором произошла авария, в сторону НИЯУ МИФИ. ХОО на карте г. Москвы соединяются с НИЯУ МИФИ линией, которая будет осью следа облака, ориентированной по направлению ветра.

Необходимо определить:

а) масштаб зоны загрязнения хлором и нанести ее размеры на карту г. Москвы (условия аварии берутся из табл. 1.8.2, согласно полученному варианту);

б) время подхода облака с АХОВ к территории НИЯУ МИФИ.

Примечание. Для определения времени Т подхода облака, загрязненного АХОВ к НИЯУ МИФИ, необходимо найти расстояние от объекта S [км], где произошла авария с выбросом АХОВ до НИЯУ МИФИ (расстояние определяется по

104

карте г. Москвы) и вычислить U – скорость перемещения переднего фронта облака с АХОВ по табл. 1.8.6, км/ч. Время определяется как

Т = S/U.

Варианты условий аварии с выбросом АХОВ для прогноза зоны загрязнения даны в табл. 1.8.8, где ЗВС – Западная водопроводная станция; ВВС – Восточная водопроводная станция; РВС – Рублевская водопроводная станция.

Таблица 1.8.8

2. Условия выброса АХОВ аналогичны условиям задачи 1. Время поражающего действия АХОВ в очаге химического поражения определяется временем испарения АХОВ с поверхности разлива. Время испарения жидкости находится формулой (1.8.2). Для хлора можно воспользоваться табл. 1.8.9, где дано время испарения (в часах) сжиженного хлора в зависимости от скорости ветра для свободного разлива и разлива в поддон.

Продолжительность существования облака хлора принимается равной продолжительности испарения сжиженного хлора (в часах) с площади разлива при температуре выше –33 °С. Она зависит от скорости ветра и определяется по табл. 1.8.9.

105

3. Определить глубину зоны загрязнения АХОВ в случае аварии на ХОО в ночное время. На объекте находится в емкости под давлением 2000 м3 аммиака. Температура воздуха 20 °С. Облачность на начало аварии – 3 балла. Скорость ветра на момент аварии 2 м/с.

4. В результате аварии на объекте, расположенном на расстоянии 3 км от населенного пункта, произошло разрушение емкости с хлором. Метеоусловия: изотермия, скорость ветра 4 м/с. Определить время подхода загрязненного АХОВ воздуха к границе населенного пункта.

5. В результате аварии произошло разрушение обвалованной емкости с хлором. Требуется определить время поражающего действия АХОВ в пункте аварии. Метеусловия на момент аварии: скорость ветра 4 м/с, температура воздуха 0 °С, конвекция. Высота обваловки емкости – 1 м.

6. Высота дымовой трубы промышленной котельной, расположенной на окраине г. Москвы, составляет 35 м. Диаметр устья трубы 1,4 м. Скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы равна 7 м/с. Температура газовоздушной смеси равна 125 °С. Выброс диоксида серы составляет 12 г/с. Температура окружающей среды в среднем 12 °С. Оценить максимальную концентрацию диоксида серы на уровне дыхания человека от земли и расстояние, на котором будет наблюдаться эта концентрация. Полученное значение максимальной концентрации сравнить с предельно допустимой концентрацией (табл. 1.8.10).

106

Примечание.

1.Максимально-разовая ПДКмр – концентрация вещества, определяемая в пробах в течение 20 мин.

2.Среднесуточная ПДКсс – средневзвешенная за 24 ч концентрация вещества, определяемая на уровне дыхания человека.

7. Высота дымовой трубы промышленной котельной, расположенной в Московской области, составляет 35 м. Диаметр устья трубы 1,4 м. Скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы равна 10 м/с. Температура газовоздушной смеси равна 125 °С. Выброс диоксида азота составляет 0,2 г/с. Температура окружающей среды в среднем 12 °С. Оценить максимальную концентрацию диоксида азота и расстояние, на котором будет наблюдаться эта концентрация. Полученное значение максимальной концентрации сравнить с предельно допустимой концентрацией.

8.На газодиффузионном заводе из-за халатности произошла

утечка UF6 из вентилей нагреваемого контейнера. При попадании фтористого урана во влажную среду произошла реакция окисления

собразованием UO2F2. В атмосферу цеха из-за аварии поступило

50 мг UF6. Оценить время пребывания персонала в помещении без системы вентиляции. Объем помещения 100 м3.

9.В грунтовых водах обнаружили вещество UO2(NO3)2 в концентрации 30 мг/л. Дать заключение о возможности использовать эту воду как питьевую. Человек в среднем потребляет три литра питьевой воды в сутки. Допустимое годовое поступление урана в организм человека 500 мг.

107

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

РАБОТА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВЕЛИЧИН, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ЗАЩИТЫ

ОТ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель: освоение экспериментальных методов определения основных параметров, необходимых при расчете защиты от фотонного излучения и простейших методик таких расчетов.

ВВЕДЕНИЕ

Назначение защиты – ослабление излучения до приемлемых с точки зрения биологической, радиационной и тепловой защиты уровней. Ее расчет часто требует трудоемких вычислений и знания большого числа величин, многие из которых можно определить только экспериментально. В этой работе ознакомимся с некоторыми экспериментальными методами определения основных параметров для расчета защиты от фотонного излучения и простейшими методами такого расчета.

ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕОМЕТРИИ УЗКОГО ПУЧКА

Геометрией «узкого пучка» называются такие условия, при которых детектором регистрируются только фотоны, прошедшие через исследуемый материал без взаимодействия. В такой геометрии реализуется экспоненциальный закон ослабления:

где φ(d), φ0 – плотности потока фотонов до и после поглотителя; μ – линейный коэффициент ослабления.

108

Для реализации такой геометрии необходимо не допустить попадания рассеянных фотонов в детектор. Схема экспериментальной установки, обеспечивающая такие условия приведена на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1. Измерения в геометрии узкого пучка

Наличие свинцовых коллиматоров не позволяет рассеянным в поглотителе фотонам достичь детектора, т.е. они не регистрируются. Такая геометрия предназначена для измерения μ.

ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ВГЕОМЕТРИИ ШИРОКОГО ПУЧКА

Вреальных условиях обычно имеют дело с геометрией «широкого пучка», в которой детектор регистрирует как рассеянные, так

инерассеянные фотоны.

Для учета рассеянного излучения вводят понятие фактора накопления B.

Пусть G0 и Gр – функции, описывающие некоторые характеристики поля излучения (например, плотность потока, интенсивность, мощность дозы и т.п.) за слоем вещества, создаваемого нерассеянными и рассеянными фотонами. Фактором накопления называют величину

Таким образом, фактор накопления показывает, во сколько раз данная характеристика поля для рассеянного и нерассеянного излучения больше, чем только для нерассеянного.

В зависимости от измеряемой характеристики поля излучения различают числовой, энергетический, дозовый и другие факторы

109

накопления соответственно (k = ч, э, д). Фактор накопления зависит от всех параметров и условий задачи: характеристик источника (геометрии, углового распределения и энергетического состава), характеристик защиты (геометрии и толщины защиты, атомного номера материала среды и др.), взаимного расположения источника, защиты и детектора и т.д.

Рис. 2.1.2. Геометрия защиты и типичные траектории нерассеянных и рассеянных частиц

На практике бесконечной считается такая ограниченная среда, внутри которой находятся источник и детектор, добавление к которой любого количества вещества в любом месте не изменяет показания детектора.

Под ограниченной понимается среда, у которой хотя бы один из поперечных размеров (размер в плоскости перпендикулярной оси источник-детектор) не может быть принят бесконечным.

Изменения в геометрии защиты при фиксированных других параметрах влияют лишь на рассеянное излучение, так как вклад в показания детектора нерассеянных частиц зависит только от количества вещества на прямой источник-детектор. Наибольшее значение регистрируемой величины G, обусловленной рассеянными час-

110